Sie sind nicht nur im E-Auto, sondern auch in der elektrischen Zahnbürste, im E-Bike und im Smartphone: Hochleistungsbatterien. Sie gehören zu unserem Alltag, und es werden immer mehr. Allein die Anzahl batteriebetriebener PKW soll nach dem Willen der deutschen Bundesregierung von aktuell fast 140.000 auf zehn Millionen bis 2030 steigen. Damit steigt aber auch die Menge an ausgedienten Batterien, insbesondere der Lithium-Ionen-Batterien (LIB). Da diese neben Lithium eine ganze Reihe weiterer endlicher Ressourcen enthalten, deren Abbau oft mit starken Umweltbelastungen verbunden ist, braucht es innovative Recyclinglösungen.
Eine Aufgabe, mit der sich die Arbeitsgruppe Ressourcen am Institut für Infrastruktur – Wasser – Ressourcen – Umwelt der FH Münster (IWARU) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Sabine Flamme befasst. In der von Nordrhein-Westfalen geförderten Studie »Demonstrationszentrum Batterie-Recycling« hat das IWARU zusammen mit der RWTH Aachen im vergangenen Halbjahr ein Konzept für ein Recycling-Zentrum entwickelt. „Das Zentrum soll auf die vorindustrielle Forschung ausgerichtet sein und alle Behandlungsschritte beinhalten, die für ein umfassendes Recycling von ausgedienten LIB notwendig sind. Somit dient es als Bindeglied zwischen Forschung und Entwicklung sowie Unternehmen aus dem Bereich der Anwendung und des Recyclings“, sagt Sabine Flamme, die am Fachbereich Bauingenieurwesen der FH Münster zu Ressourcen, Stoffstrom- und Infrastrukturmanagement lehrt und forscht. „Mit dem Demonstrationszentrum für das Batterierecycling wird eine möglichst vollständige Kreislaufschließung für den Gesamtstoffstrom Batterien angestrebt und somit eine nachhaltige E-Mobilität abgesichert“, so die Wissenschaftlerin. Zudem sehen die Projektpartner die Chance, aus den Recyclingerfahrungen wichtige Impulse für die Entwicklung von neuen Batterietypen geben zu können.
Dies ist auch ein Ziel zweier weiterer Projekte, an denen das IWARU beteiligt ist. In dem vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt »DemoSens« wird die Digitalisierung und Automatisierung der Demontage von sogenannten LIB-Packs unter Leitung des IWARU weiterentwickelt. Dazu programmieren die beteiligten Projektpartner Roboter, entwickeln Algorithmen und setzen hochmoderne Sensortechnik ein. Schwerpunkt des IWARU ist die Digitalisierung der mechanischen Aufbereitung demontierter Fraktionen, indem die Wissenschaftler sensorbasierte Sortiersysteme einsetzen und innovative Kennzeichnungssysteme entwickeln.
Prof. Dr. Sabine Flamme von der FH Münster leitet die Projekte zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. (Foto: IWARU/Neele Wessels)
Einordnung Lithiums als kritisch verlangt neuen Umgang mit dem Rohstoff
Das ebenfalls vom BMBF geförderte Projekt AURRELIA (»Optimierung nasser AUfbereitungstechniken zur Rückgewinnung Recyclingfähiger Fraktionen aus LIthium‐Altbatterien«) hat das Ziel, den Recyclingprozess von Lithium-Ionen-Batterien zu optimieren. Das IWARU wird hierbei eine Zerkleinerung im nassen Milieu entwickeln, die die bisherigen thermischen Vorbehandlungsschritte ersetzen soll. Die im Nassschredder-Prozess zerkleinerten LIB-Bestandteile werden stoffstromspezifisch weiterbehandelt. Im Vordergrund steht eine möglichst umfassende Rückgewinnung der LIB‐Bauteile und des Leichtmetalls Lithium – ein nicht unerheblicher Effekt mit Blick auf eine verantwortungsvolle Rohstoffbeschaffung: Im September 2020 hat die EU Lithium in die Liste der kritischen Rohstoffe aufgenommen.
Projektpartner
Projektpartner des IWARU sind an der RWTH Aachen beim »Demonstrationszentrum Batterie-Recycling« das Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling und der Lehrstuhl für Controlling, im Projekt »DemoSens« der Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components, das Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling und das Institut für Unternehmenskybernetik e. V., beim Projekt AURRELIA die Lehrstühle Fluidverfahrenstechnik und chemische Verfahrenstechnik sowie das Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling. DemoSens und AURRELIA haben eine Laufzeit von jeweils drei Jahren und sind Teil des BMBF-Kompetenzclusters Recycling / Grüne Batterie, kurz Green Battery.
IWARU
DemoSens
AURRELIA
Prof. Dr. Sabine Flamme